第三节 系统的设计一、教学目标通过教学，能使学生达到以下目标：知识与技能1. 通过简单系统的设计案例的分析和实践活动，初步学会简单系统设计的基本方法。2. 通过家庭供电系统和自发电手电筒的设计与制作，能够根据设计要求，完成设计方案，并通过试验对方案进行评价。过程与方法1. 通过手电筒照明供电部分的设计案例的分析，以及家庭供电系统的设计与制作，能多角度地提出解决问题的方案，发展批判性思维和创造性想象的能力。2. 通过家庭供电系统的设计与制作等实践活动，经历简单系统的设计的实现过程，体验意念具体化和方案物化过程中的复杂性和创造性，发展动手实践能力。3.经历系统的基本知识应用于技术实践的过程，初步掌握系统的基本思想和方法，发展创新精神和理论运用于实践的能力。4. 经历系统设计中交流与评价的过程，初步学会一些技术交流的方法，发展技术的表达和评价能力。情感、态度、价值观1. 保持对技术问题的敏感性和探究欲望。2. 体验技术问题解决过程的艰辛与曲折，具有克服困难的勇气和决心，培养不怕困难的品质，感受解决日常生活中的技术难题和获得劳动成果所带来的喜悦。3. 认识技术的创造性特征，形成精益求精的态度，培养富于想象、善于批判、敢于表现个性、勇于创新的个性品质。二、教学重难点教学重点：1. 初步学会简单系统设计的基本方法。2. 发展在技术交流中对物化模型的表达和评价能力。教学难点：家庭供电系统的设计。三、教学分析教学思路：通过引导学生回顾前两节对家庭供电系统设计的思考与讨论，引入课题。第一部分：通过“手电筒照明供电系统的设计”案例分析，引导学生归纳和总结出系统设计应考虑的主要问题及系统设计的一般步骤；通过自发电手电筒的设计与制作，使学生加深对系统设计的理解，学会简单系统的设计。第二部分：通过家庭供电系统的设计与制作，使学生初步学会简单系统设计的基本方法，亲历系统设计的一般过程。最后，通过简易步行机的设计与制作，使学生进一步熟悉和掌握简单系统设计的基本方法，能根据设计要求完成系统的方案设计。四、教学案例（一）新课导入（引入课题）引导学生回顾前两节对家庭供电系统设计的思考与讨论，导入新课。（二）新课教学第一部分：系统的设计1. 系统设计的含义系统设计是在系统分析的基础上，设计出满足预定目标的系统的过程。它既包含了对某个系统进行技术设计本身的内容，同时又需要运用系统的思想和方法对其设计过程进行分析、设计。引导学生对教材P87的“手电筒照明供电部分的设计” 案例进行分析，归纳和总结出系统设计应考虑的主要问题及系统设计的一般步骤。系统设计应考虑的主要问题（1）系统设计的目的与要求系统设计要从整体出发，以系统整体功能的最优为目的。（2）系统各部分之间的相互联系与相互作用系统设计要运用系统的思想综合考虑各部分之间的关联、冲突问题，注重各部分的横向、纵向联系。（3）系统设计方案的优化首先从系统整体考虑优化，统筹兼顾，再在此基础上完善各部分的设计。系统设计的一般步骤系统设计的步骤主要包括：将系统分解为若干子系统，确定各子系统的目标、功能及其相互关系，对子系统进行技术设计和评价，对系统进行总体技术设计和评价等。无论是简单系统的设计，还是复杂系统的设计，都要对需要设计的系统进行调查分析、筹划研究、评价实施、运行改善等了，直到完成一个能协调工作的实际系统。图3.3-1 自发电手电筒活动项目1：自发电手电筒的设计与制作活动目标：加深对系统设计的理解，初步学会简单系统的设计。活动步骤：第一步：明确设计要求。可自发电的手电筒，携带方便，使用安全。第二步：系统设计分析。（1）可把手电筒照明供电部分划分为照明和供电两个子系统。照明子系统的要素是灯泡、导线，供电子系统的要素是电源和开关。（2）选择合适的元器件，采用恰当的方式，使它们相互匹配（主要是发电机的最大输出功率和灯泡的实际功率之间的相互匹配），并能达到设计要求。第三步：确定设计方案。第四步：制作自发电手电筒的模型。第五步：交流与评价。记录分析： 。活动总结： 。拓展：市场上已有普通手电筒、LED手电筒、手力发电手电筒，根据所学知识，设计一个更方便、实用的手电筒。【师】在第一节和第二节的学习过程中，同学们已经运用所学知识对家庭供电系统的设计进行了许多思考。接下来，我们应该怎样设计家庭供电系统的方案并实现它呢？第二部分：简单系统的设计的实现活动项目2：家庭供电系统的设计与制作活动目标：初步学会简单系统设计的基本方法，体验系统设计的一般过程。设计步骤：1. 家庭供电系统的设计第一步：明确设计要求。a用电负荷：根据自家的实际情况确定照明用电、娱乐用电、厨房用电、卫生间用电、空调用电等总的用电负荷，以此来决定配电箱内的电表、进线规格和开关断路器的型号。b照明和各种家用电器使用安全、方便，相互之间影响小，便于维修。c. 应有长远的眼光，多预留一些插座、电视、电话和网络端口，在进户墙面上预留一些过墙管，以免将来改动时对房屋造成破坏。第二步：系统设计分析。a设计的目标是使用方便，满足舒适和审美要求，便于日后维修，遵守民用建筑照明设计规范，确保室内电气线路的安全。b户内配电系统由电源配电箱和若干个回路组成，它们构成了室内电气线路系统的子系统。c当某一回路发生故障时，不影响其他回路的正常工作，如因电饭煲使用不当发生短路时，不至于影响室内照明回路的工作。图3.3-2 家庭供电系统第三步：确定设计方案，完善各子系统的设计。a. 电源配电箱电源通过住宅的专用配电箱再进入室内房间。配电箱中应有短路、过载和漏电保护，具有过负载、过电压和漏电保护功能。在设计布线之前，先要根据家庭的用电情况预测用电负荷，实际用电负荷应根据行业规范乘以一定的系数求得。b. 回路设计一般家庭住宅至少应有照明、电脑、空调、厨房、卫生间及其他普通插座等6个回路，或者也可增设12个回路。如照明也可设两个回路，当其中一个回路故障时，不会造成宅内全部黑暗，能给检修带来方便；如果家里使用两台空调器，一台制冷量较大的柜式空调器放在客厅，一台壁挂式空调器放在卧室，也宜用两回路供电；厨房和卫生间家用电器较多，可分别送一个总电源，在就地装一个插座箱。家用电器的插座，应随管线暗敷而暗装。安装位置首先考虑使用时安全、方便，并靠近家用电器使用时的位置。厨房插座安装高度1.6m为宜，使用方便；卫生间插座安装高度宜1.6m或稍高，在使用淋浴时不宜溅上水；客厅和卧室各类插座，为了不影响室内美观，距地0.3m为宜，不用时把插座封盖好，以防止小孩触电批；壁挂式空调器插座，安装位置要和空调器相适应。c. 弱电系统电话已成为人们生活中不可缺少的通信工具。随着电脑的普及，家庭上网的计算机也日趋增加。一般家庭应设两回入户电话线路，一回通信用，电话终端盒设在客厅或主卧室；另一回计算机上网用，可设在书房或安装电脑的房间。若家庭内有两台电视机，电视信号终端插座在客厅和主卧室应各设一个，位置应适合电视机柜，附近还要设电源插座。导线与电器设备选择导线的选择主要是确定导线的型号和规格，原则是既能保证配电的质量与安全，又能节省材料，做到既经济又合理。电器设备是指电源配电箱、电表、控制开关、漏电保护开关及电源插座等，应根据住宅的负荷情况、安全要求、使用环境、设备的工作电压和工作电流等合理选择电器设备的型号和规格。第四步：画出设计图。第五步：交流与评价。2. 家庭供电系统模型的制作第一步：搭建房屋结构平面模型。第二步：根据设计方案制作家庭供电系统的模型。第三步：测试家庭供电系统模型的运行效果，观察该系统是否能按设计要求正常工作。第四步：交流与评价。记录分析： 。活动总结： 。（三）课堂小结1. 系统设计系统设计是在系统分析的基础上，设计出满足预定目标的系统的过程。它既包含了对某个系统进行技术设计本身的内容，同时又需要运用系统的思想和方法对其设计过程进行分析、设计。2. 系统设计应考虑的主要问题（1）系统设计的目的与要求（2）系统各部分之间的相互联系与相互作用（3）系统设计方案的优化3. 系统设计的一般步骤将系统分解为若干子系统，确定各子系统的目标、功能及其相互关系，对子系统进行技术设计和评价，对系统进行总体技术设计和评价等。图3.3-3 简易步行机（四）巩固活动设计活动项目3：简易步行机活动目标：通过简易步行机的设计与制作，进一步熟悉和掌握简单系统设计的基本方法。活动步骤：第一步：明确简易步行机的设计要求。第二步：进行设计分析，并绘制设计草图。设计分析的内容包括：简易步行机的组成部分及各部分的关系；对每一部分进行设计分析，明确其关键所在，找到相应的解决办法。第三步：搭建简易步行机模型。第四步：讨论本组方案，进行自评和互评，指出可以进一步优化的地方。记录分析： 活动总结： （五）布置作业1. 家庭供电系统有哪些地方可用智能控制？你能设计其中的一个智能控制子系统吗？2. 通常，花盆在浇完水的时候总是上面漫水，下面流水，易造成水资源浪费和环境污染。请你设计一个节水花盆。3. 现在，高架桥两侧的护栏上一般都设有箱式绿化种植带。浇水时需要专用车辆，而且用水量也很大。请你设计一个自动浇灌系统。4. 高架桥雨水收集利用的方案设计。设计要求：在高架桥现有排水管道的基础上，增加适当的蓄水管道或设施，使之能够收集雨水，定时排水并浇洒到桥下花坛的植物土，当雨水量过多时，还可通过相应的途径排入下水道。